Энергосбережение в технологических процессах трубопроводного транспорта газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Сулейманов, Азат Маратович

• Сулейманов, Азат Маратович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сулейманов, Азат Маратович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ

ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАБОТЫ ТЕХНО ЛОГИЧЕСКОГО 14 ОБОРУДОВАНИЯ.

1.1. Оценка энергоэффективности работы газоперекачивающих агрегатов на основе анализа их технического состояния.

1.2. Способы повышения эффективности работы основных элементов газоперекачивающих агрегатов.

1.3. Методы оптимизации работы газоперекачивающих агрегатов.

ГЛАВА 2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРОВ

ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК.

2.1. Техническое диагностирование газоперекачивающих агрегатов на основе эксергетического анализа.

2.2. Исследование влияния промывки проточной части осевого компрессора на КПД газотурбинной установки.

2.3. Определение состава отложений на лопатках осевых компрессоров в целях выбора составов моющих растворов.

2.4. Анализ причин образования отложений на лопатках воздушных компрессоров.

ГЛАВА 3 ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ГАЗОПЕРЕКАЧИВ АЮЩИХ АГРЕГАТОВ.

3.1. Количественная оценка влияния очистки воздушного компрессора на энергоэффективность работы газоперекачивающих агрегатов.

3.2. Оптимизация работы газоперекачивающих агрегатов в условиях неполной загрузки магистральных газопроводов.

3.3. Оптимизация количества очисток проточной части воздушного компрессора в целях повышения общего коэффициента полезного действия газоперекачивающего агрегата.

ГЛАВА 4 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ РАСХОДОВ ТОПЛИВНОГО ГАЗА.

4.1. Исследование динамики изменения коэффициента полезного действия центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата в зависимости от наработки.

4.2. Определение вариабельности коэффициента полезного действия

ГТУ, эксплуатирующихся в одинаковых условиях.

4.3. Выбор оптимальных параметров режимов работы компрессорных станций.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергосбережение в технологических процессах трубопроводного транспорта газа»

Газовая промышленность является одной из важнейших составных частей топливно-энергетического комплекса страны. В настоящее время доля производства природного газа в топливно-энергетическом балансе составляет уже свыше 50% и имеет устойчивую тенденцию к дальнейшему росту.

В условиях острого дефицита топливно-энергетических ресурсов первоочередное значение приобретают задачи, связанные с повышением эффективности их использования. Экономия энергетических ресурсов на современном этапе развития экономики страны является наиболее действенным и эффективным направлением при решении любых задач, стоящих перед промышленностью.

В связи с этим такие задачи трубопроводного транспорта природных газов, как установление и поддержание оптимальных режимов работы газотранспортных систем, разработка и реализация мероприятий, направленных на повышение эффективности транспорта газов с сокращением энергетических затрат на перекачку являются важнейшими и наиболее актуальными в данной отрасли. Это положение в значительной степени усиливается, если принимать во внимание непрерывный рост стоимости энергоресурсов, увеличение себестоимости транспорта газа и невозобновляемость его природных ресурсов.

Режимы работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА) определяются как параметрами работы соответствующего компрессорного цеха (объем транспортируемого газа, степень повышения давления, температура воздуха на входе в воздухозаборную камеру и т.д.), так и техническим состоянием элементов ГПА. Условия работы компрессорных станций (КС) постоянно меняются в силу сезонных вариаций объема транспортируемого газа. Параметры технического состояния элементов ГПА также изменяются с течением времени.

В связи с этим особое значение приобретают усилия, направленные на разработку методов повышения энергетической эффективности работы ГПА. Цель работы

Разработка методов повышения энергетической эффективности работы газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов. Задачи исследований

1 Структурный анализ газотурбинной установки (ГТУ) с целью установления элемента, воздействие на который позволит повысить энергетическую эффективность ГПА.

2 Разработка состава моющего раствора, способного высокоэффективно очищать отложения на лопатках осевых компрессоров (ОК).

3 Разработка алгоритма расчета оптимального периода между очистками проточной части осевых компрессоров ГТУ.

4 Разработка метода оптимизации времени работы ГПА в пределах КС при снижении производительности газопроводов.

5 Разработка метода оптимизации расходов в рабочем диапазоне работы КС.

Методы решения задач

При решении поставленных задач и обработке промышленной технологической информации использовались вероятностно-статистические методы, методы асимптотических координат. Научная новизна

1 Установлено, что наиболее приоритетным направлением повышения энергетической эффективности работы ГПА является сокращение потерь энергии в осевом компрессоре ГТУ.

2 Разработана рецептура моющего раствора, позволяющего растворять до 60% отложений, образующихся на лопатках воздушных компрессоров газотурбинных установок.

3 Предложен метод определения оптимальной периодичности очистки проточной части осевых компрессоров ГТУ, позволяющий снизить эксплуатационные затраты и повысить надежность ГПА. Показано, что для ГПА-16 оптимальный период между очистками составляет 110 суток.

4 Получена аналитическая модель определения оптимального времени работы ГПА, учитывающая техническое состояние ОК, в условиях снижения загрузки газопровода.

5 Разработан метод регулирования режимов работы КС, позволяющий снизить расход топливного газа не менее чем на 5,5%.

На защиту выносятся теоретические выводы и обобщения, разработанные модели, методы, эмпирические зависимости и практические рекомендации по повышению энергетической эффективности работы технологического оборудования магистральных газопроводов и оптимизации режимов работы ГПА.

Практическая ценность работы

Рекомендации по оптимизации режимов работы компрессорных станций в рабочем диапазоне изменения расходов используются в Шаранском ЛПУ МГ ООО «Баштрансгаз».

Разработанный метод расчета оптимального времени работы газотурбинных установок в условиях неполной загрузки магистральных газопроводов используется в учебном процессе УГНТУ при чтении курса лекций по дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели, ч.1», а также при дипломном проектировании студентами специальности 100700 «Промышленная теплоэнергетика».

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на следующих конференциях:

49-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ в апреле 1998 г.;

Научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение в РБ» в Уфе 25 декабря 2001 г.;

Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса» в Уфе 17-19 апреля 2002 г.;

VI всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Н. Новгород, октябрь 2002 г.;

III - IV Энергетических форумах «Уралэнерго — 2003, 2004» в Уфе в 2003-2004 гг.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 статья и 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 162 страницы машинописного текста, в том числе 29 таблиц, 34 рисунка и одно приложение, библиографический список использованной литературы из 160 наименований.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Сулейманов, Азат Маратович

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 На основании проведенного эксергетического анализа установлено, что приоритетным направлением повышения энергетической эффективности работы газоперекачивающего агрегата без вывода его в ремонт является проведение очистки проточной части осевого компрессора.

2 На основании проведенных исследований образцов отложений, образующихся на лопатках осевых компрессоров в процессе эксплуатации ГТУ, разработан состав моющего раствора водной смеси нашатырного спирта и Трилона-Б, способный растворять до 60% лопаточных отложений воздушных компрессоров ГПА.

3 Предложен метод определения оптимального периода между очистками проточной части осевых компрессоров ГТУ по критерию минимальных удельных затрат на эксплуатацию установки. Показано, что для ГПА-16 оптимальным является период очистки порядка 110 суток.

4 Получена аналитическая модель определения оптимального времени работы ГПА, учитывающая техническое состояние осевого компрессора, в условиях снижения загрузки магистральных газопроводов, позволяющая повысить КПД цеха на 1,5%.

5 Разработан метод регулирования режимов работы КС, позволяющий повысить политропический КПД цеха. На примере показано, что сокращение расход топливного газа составит не менее чем 5,5%.

Принимая во внимание вышесказанное, в заключение первой главы можно сделать следующие выводы.

Использование метода контроля технического состояния ГПА по газодинамическим параметрам позволяет оперативно выявлять изменения в системе и определять мероприятия, направленные на их устранение.

Фв'пр кВт/(кгДО

5 1,25

С?пр)нпр> м3/мин

Рисунок 1.7 - Приведенные характеристики центробежного нагнетателя 370-18-1

Среди существующих методов очистки наиболее часто используемыми видами являются очистка на «ходу» ГТУ твердыми абразивными частицами и моющими растворами на остановленном агрегате. Эффективность предлагаемых моющих растворов не подтверждается очисткой в промышленных условиях.

Оптимизация режимов работы компрессорных станций позволяет уменьшить расход газа на собственные нужды, повысить КПД и уменьшить себестоимость перекачки газа. Однако существующие методы оптимизации не имеют обоснованного подхода к выбору частоты вращения ротора ГПА. Необходима разработка алгоритма расчета числа оборотов силовой турбины, которая позволит диспетчерам КС оптимизировать перекачку газа.

47

ГЛАВА 2

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГПА ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

ОАО «Газпром» — одно из крупнейших в мире предприятий по добыче, транспортировке, переработке и использованию природного газа и газового конденсата. Транспортирование природного газа по магистральным газопроводам осуществляется 254 компрессорными станциями, оснащенными 4016 газоперекачивающими агрегатами (ГПА). Парк ГПА на КС нашей страны распределяется следующим образом: 85,5% общей установленной мощности приходится на газотурбинные установки, электроприводные — примерно 13,5% и поршневые - около 1% [81].

Газоперекачивающий агрегат представляет собой сложную техническую систему, состоящую из функционально взаимосвязанных узлов и элементов, ресурс которых различен и зависит от многих факторов. Основным способом поддержания нормальных условий эксплуатации является проведение профилактических и капитальных работ. В ряде работ [31, 46, 65, 83, 127] показано, что поузловая система ремонтов, когда разборке подвергается только элемент, требующий ремонта, является наиболее удобной. Такая система ремонтов ГПА позволяет сократить время, затрачиваемое на проведение ремонта, снизить затраты на него и уменьшить потребность в запасных частях и ремонтном персонале.

Однако более предпочтительным направлением повышения эффективности работы ГПА является восстановление его технического состояния без вывода в капитальный ремонт. Такое решение позволяет не только повысить надежность системы, но и уменьшить эксплуатационные затраты.

Данная глава посвящена изучению вопросов повышения энергетической эффективности работы элементов газоперекачивающих агрегатов.

2.1. Техническое диагностирование газоперекачивающих агрегатов на основе эксергетического анализа

В процессах преобразования энергии, определяющих работу ГПА как термодинамической системы, может участвовать энергия разных видов. Несмотря на их общность, существуют ограничения превращаемости одного вида энергии в другой, определяемые вторым законом термодинамики.

При составлении энергетических (тепловых) балансов технических систем по существу оперируют качественно разными видами энергии — тепловой и механической энергией, не учитывая их различную превращаемость. Поэтому такие балансы не отражают точно суть взаимных преобразований. Анализируя работу отдельных элементов технической системы важно качественно оценить не просто потери энергии, а потери превращаемой энергии, т.е. той, которая при определенных условиях может стать дополнительным количеством полезной работы. Это позволит в отдельных звеньях технической системы отыскать такие элементы, где теряется наибольшее количество превращаемой энергии и разработать решения, уменьшающие эти потери. Поэтому для выявления наиболее приоритетных направлений предложен метод эксергетического анализа.

На основе существующих теоретических предпосылок [30, 52, 61, 91] о расчете эксергии потока вещества проведем поэлементный анализ технического состояния газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4 (рисунок 2.1)

Соответствующие значения величин для различных точек процесса рассчитываются по формулам [30]: Энтальпия

Ь=СР% где Ср— изобарная теплоемкость, кДж/кг-К; — температура," С. Энтропия

2.1)

8 = с-1п—-Я-1п

Р т1 т о

Р ' г0 р

2.2)

49 где Т - фактическая температура, К; Р - фактическое давление, Па; Т0 - нормальная температура, К (Т0=273К); Р0 - нормальное давление, Па (Р0=101325Па). Теплоёмкость воздуха

Ср.в=0,000196-^+0,9943. (2.3)

5 Регенератор

Рисунок 2.1 - Энерготепловая схема ГПА ГТК-10-4

Теплоёмкость дымовых газов:

Ср.г.=0,000207-^. (2.4)

Удельная эксергия в различных точках проточной части агрегата: е^Ь-То-Б. (2.5)

Приведём пример расчета эксергетических потоков для ГТК-10-4 ст. № 24 на КС-5 «Москово». Измерения проводились 02 декабря 2000г.

Числовые значения параметров в сечениях схемы на рисунке 2.1 представлены в таблице 2.1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сулейманов, Азат Маратович, 2005 год

1. Адаменко C.B. Повышение мощности ГТУ/ C.B. Адаменко, А.А.Елкин, А.И.Каширин, О.Ф.Клюев//Газовая промышленность. — 2000.-ЖЗ.-С.57-59.

2. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий/ Ю.П.Адлер, Е.В.Маркова, Ю.В.Грановский. М.: «Наука», 1976.-278с.

3. Акимов Л.М. Высокотемпературная коррозия, повреждения и защита лопаток газотурбинных установок/ Акимов Л.М. Матвиенко А.Ф., Сидоренко В.В., Щуровский В.А.-М., 1983. 40с.-(Транспорт и хранение газа: Обзор. Информ. /ВНИИЭгазпром; Вып.4).

4. Албул В.П. Газосбережение: современное состояние/ В.П. Албул, И.Д.Минскер//Газовая промышленность.- 1999.-№ 12.-С.48-50.

5. Алексеенко H.H. Система промывки проточной части осевых компрессоров ГТУ/ Н.Н.Алексеенко, А.И.Ещенко, С.Н.Прокофьева// Нефтяная и газовая промышленность.- 1985.-№ З.-С. 41-43.

6. Аминев А.П. Повышение мощности газотурбинной установки /А.П.Аминев, И.П.Барский, В.К.Орехов, И.К.Шаталов//Газовая промышленность.-1999.-№ 8.-С. 29-31.

7. Байков И.Р. Диагностирование и регулирование гидродинамических характеристик нефтегазопроводов: Дис. . доктора техн. наук: Уфа, 1995.-378с.

8. Байков И.Р. Методы оперативного контроля при эксплуатации магистральных нефтепроводов с учетом априорной информации: Дис. . канд. техн. наук: -Уфа, 1986. -167с.

9. Байков И.Р. Уточнение методики оценки технического состояния проточной части газоперекачивающих агрегатов/И.Р.Байков, А.И.Гольянов, Е.А.Смородов, С.В.Китаев//Известия ВУЗов. Проблемы энергетики.-2001. -№3-4.- С. 3-6.

10. Байков И.Р. Моделирование технологических процессов трубопроводного транспорта нефти и газа/ И.Р.Байков, Т.Г.Жданова, Э.А.Гареев.- Уфа:УНИ, 1994.-127с.

11. Байков И.Р. Изучение влияния очистных мероприятий проточных частей осевых компрессоров на надежность работы газотурбинных установок /И.Р.Байков, Е.А.Смородов, С.В.Китаев//Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. -2000.-№5-6.-С. 77-82.

12. Байков И.Р. Методы теории самоорганизации для диагностирования неполадок ГПА/ И.Р.Байков, О.В.Смородова, Э.А.Гареев, Ф.М.Аминев //Газовая промышленность.-1999.-№ 8.-С. 26-28.

13. Байков И.Р. Повышение надежности работы ГПА путем очистки проточной части компрессоров/И.Р.Байков, А.М.Сулейманов// Нефтегазовое дело. -2003.-№1.-С.291-297.

14. Байков И.Р. Подбор растворителя отложений, образующихся на лопатках осевых компрессоров/ И.Р.Байков, А.М.Сулейманов // IV Энергетический форум в Уфе.-2004.- С. 107-108.

15. Байков И.Р. Оптимизация времени работы газотурбинных установок в условиях неполной загрузки/И.Р.Байков, А.М.Сулейманов // IV Энергетический форум в Уфе.-2004.- С. 109-113.

16. Байков И.Р. Технико-экономическое обоснование использования промывки компрессоров ГТУ/ И.Р.Байков, А.М.Сулейманов// IV Энергетический форум в Уфе.-2004,- С. 114-115.

17. Байков И.Р. Принципы построения экспертной системы энергоаудита/ Байков И.Р., Юкин Г.А.//Межрегиональной научно-методической конференции «Проблемы нефтегазовой отрасли».-2000.-С.12-14.

18. Барков A.B. Интеллектуальные системы мониторинга и диагностики машин по вибрации/ А.В.Барков, Н.А.Баркова.-С.-Петербург, 1999.-№9.

19. Беллами JI. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул/ Л.Беллами.-М.: Мир, 1971.- 318 с.

20. Беллами JI. Инфракрасные спектры молекул/Л.Беллами.- М.:ИЛ, 1957. -444с.

21. Беллман Р. Динамическое программирование/Р.Беллма.-М.: ИЛ, 1960.

22. Белоконь Н.И. Термодинамические процессы газотурбинных двигателей/Н.И.Белоконь.- М.: Недра, 1969.- 128с.

23. Белоконь Н.И. Газотурбинные установки на компрессорных станциях магистральных газопроводов/Н.И.Белоконь, Б.П.Поршако.-М.: Недра, 1969.-112с.

24. Белоусов В.Д. Трубопроводный транспорт нефти и газа/В.Д.Белоусов и др.-М.: Недра, 1978.-407с.

25. Бендат Дж. Применение корреляционного и спектрального анализа/ Дж. Бендат, А.Пирсол.-М.: Мир, 1983.-312с.

26. Берман Р.Я. Оптимизация режимов работы закольцованных магистральных газопроводов/Р.Я.Берман, С.А.Бобровский, З.Г. ГалиуллинУ/Газовая промышленность.- 1967.-№ 3.-С.46-48.

27. Бесклетный М.Е. Влияние воздействия очистительной крошки на уровень напряженности лопаток турбокомпрессора /М.Е.Бесклетный, Е.А.Игуменцев, Р.Д.Бесценная// Транспорт и хранение газа.-1980.-№4.-С.10-16.

28. Бикчентай Р.Н. Разработка методики определения эксплуатационных показателей газотурбинных установок для привода центробежных нагнетателей/ Р.Н.Бикчентай //Труды Московского института нефтехимической и газовой промышленности.-1964.-№47.- С.160-171.

29. Бойко A.M. Надежность оборудования компрессорных цехов/

30. A.М.Бойко, С.Ф.Жданов, А.В.Хороших, С.П.Зарицкий, В.А.Якубович //Газовая промышленность.-2000.-№13.-С.34-35.

31. Бродянский В.М. Энергетические расчеты технических систем/

32. B.М.Бродянский и др. // Справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1991.-360с.

33. Бронштейн JI.C. Ремонт стационарных газотурбинных установок /Л.С.Бронштейн. -С.-Петербург: Недра, 1987.-143с.

34. Васильев Ю.Н. Повышение эффективности эксплуатации компрессорных станций/ Ю.Н.Васильев, Б.М.Смерека.-М.:Недра, 1981.-240с.

35. Вентцель Е.С. Теория вероятностей/Е.С.Вентцель.-М.:Физматгиз, 1969.-196с.

36. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методологии /Е.С.Вентцель.-М.: Наука, 1988.-206с.

37. Волков М.М. Справочник работника газовой промышленности/ М.М.Волков, А.Л.Михеев, К.А.Конев.-М.: Недра, 1989.-286с.

38. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т. 2 Органические вещества и соединения /Н.В.Лазарев.- Л.: Химия, 1977.-С.204-205.

39. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т. 3. Неорганические и элементоорганические соединения/Н.В.Лазарев.- Л.: Химия, 1977.- С.88-92.

40. Временная методика определения энергетической эффективности работы газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом.-М.: ОАО «Газпром», 2003.- 23 с.

41. Временная инструкция по периодической очистке осевых компрессоров газотурбинных агрегатов типа ГТ-700-5, ГТ-750-6 и ГТК-10.-М.:ВНИИгаз, 1975.-7с.

42. Временная инструкция по жидкостной очистке осевых компрессоров газотурбинных агрегатов типа ГТК-10, ГТ-750-6.-М.:ВНИИгаз, 1982.-9с.

43. Газотурбинный агрегат с газотурбинным приводом типа ГТК-10-4. Инструкция по эксплуатации 194ИЭ. — С.-Петербург, 1981.-88с.